碳酸鈉

 

在人工合成純堿之前，古代就發(fā)現(xiàn)某些海藻晾曬后，燒成的灰燼中含有堿類，用熱水浸取、濾清后可得褐色堿液用于洗滌。大量的天然堿來自礦物，以地下埋藏或堿水湖為主。以沉積層存在的天然堿礦品位最高，分布甚廣。最早發(fā)明人工合成純堿方法是18世紀末，法國路布蘭用芒硝加石灰石和煤在高溫下還原并進行碳酸化，得到以含Na2CO3為主的粗制品-黑灰，經(jīng)過浸取、蒸發(fā)、精制、再結(jié)晶、烘干，獲得純度約為97%的重質(zhì)純堿。1861年，比利時E.索爾維獨自發(fā)明了純堿并獲得過專利。由于技術(shù)秘密保護一直未能大范圍應用，20世紀20年代才從美國突破，尤其是中國著名的化工專家侯德榜于1932年出版了《純堿制造》一書，將保密70年，索爾維法公布于世。侯德榜還與1939-1942創(chuàng)建了侯氏制堿法，并在 四川建立了中試車間。1952年在大連化工廠設(shè)立了聯(lián)合制堿車間。日本旭硝子公司推出的NA法，實質(zhì)上是聯(lián)堿和氨堿的折中法。可隨意調(diào)節(jié)純堿與氯化銨的比例。

碳酸鈉常溫下為白色無氣味的粉末或顆粒。有吸水性，露置空氣中逐漸吸收 1mol/L水分(約=15%)。其水合物有Na2CO3·H2O，Na2CO3·7H2O和Na2CO3·10H2O。

碳酸鈉易溶于水和甘油。20℃時每一百克水能溶解20克碳酸鈉，35.4℃時溶解度最大，100克水中可溶解49.7克碳酸鈉，微溶于無水乙醇，難溶于丙醇。

溶液顯堿性，能使酚酞變紅。

碳酸鈉的水溶液呈強堿性（pH=11.6）且有一定的腐蝕性，能與酸發(fā)生復分解反應，也能與一些鈣鹽、鋇鹽發(fā)生復分解反應。含有結(jié)晶水的碳酸鈉有3種：Na2CO3·H2O、Na2CO3·7H2O 和 Na2CO3·10H2O。

穩(wěn)定性較強，但高溫下也可分解，生成氧化鈉和二氧化碳：

長期暴露在空氣中能吸收空氣中的水分及二氧化碳，生成碳酸氫鈉，并結(jié)成硬塊：

碳酸鈉的結(jié)晶水合物石堿(Na2CO3·10H2O)在干燥的空氣中易風化：

在（298.15K，100k）的熱力學函數(shù)：

狀態(tài)：s

標準摩爾生成熱ΔfHmθ（kJ·mol-1）：-1130.8 

標準摩爾生成吉布斯自由能ΔfGmθ（kJ·mol-1）：-1048.1

標準熵Smθ（J·mol-1·K-1）：138.8 

由于碳酸鈉在水溶液中水解，電離出的碳酸根離子與水中氫離子結(jié)合成碳酸氫根離子，導致溶液中氫離子減少，剩下電離的氫氧根離子，所以溶液pH顯堿性。 

由于碳酸根可以結(jié)合水中的質(zhì)子（即氫離子）生成碳酸氫根和碳酸，并且能結(jié)合酸中的質(zhì)子釋放二氧化碳。所以碳酸鈉在酸堿質(zhì)子理論中屬于布朗斯特堿。

以鹽酸為例。當鹽酸足量時，生成氯化鈉和碳酸，不穩(wěn)定的碳酸立刻分

解成二氧化碳和水。這個反應可以用來制備二氧化碳：

總的化學方程式是：

當鹽酸少量時發(fā)生如下反應：

碳酸鈉與其他種類的酸也能發(fā)生類似的反應。

碳酸鈉能和氫氧化鈣、氫氧化鋇等堿發(fā)生復分解反應，生成沉淀和氫氧化鈉。工業(yè)上常用這種反應制備燒堿（俗稱苛化法）：

碳酸鈉能和鈣鹽、鋇鹽等發(fā)生復分解反應，生成沉淀和新的鈉鹽：

由于碳酸鈉在水中水解生成氫氧化鈉和碳酸，它與某些鹽的反應則會推動化學平衡向正方向移動，生成相應的堿和二氧化碳：

蘇打是Soda的音譯，化學式為Na2CO3。它的名字頗多，學名叫碳酸鈉，俗名除叫蘇打外，又稱純堿或蘇打粉。帶有結(jié)晶水的叫水合碳酸鈉，有一水碳酸鈉(Na2CO3·H2O)、七水碳酸鈉(Na2CO3·7H2O)和十水碳酸鈉(Na2CO3·10H2O)三種。十水碳酸鈉又叫洗濯蘇打、洗濯堿或晶堿。其其他性質(zhì)詳見本詞條的其他部分。
在三種蘇打中，碳酸鈉的用途最廣。它是一種十分重要的化工產(chǎn)品，是玻璃、肥皂、紡織、造紙、制革等工業(yè)的重要原料。冶金工業(yè)以及凈化水也都用到它。它還可用于其他鈉化合物的制造。早在十八世紀，它就和硫酸、鹽酸、硝酸、燒堿并列為基礎(chǔ)化工原料--三酸兩堿之一。在日常生活中，蘇打也有很多用途，比如它可以直接作為洗滌劑使用，在蒸饅頭時加一些蘇打，可以中和發(fā)酵過程中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)。

小蘇打是白色晶體，溶于水，水溶液呈弱堿性。

在熱空氣中，它能緩慢分解，放出一部分二氧化碳；加熱至270℃時全部分解放出二氧化碳：

它也能與酸(如鹽酸)作用放出二氧化碳：

小蘇打的這些性質(zhì)，使它在生產(chǎn)和生活中有許多重要的用途。在滅火器里，它是產(chǎn)生二氧化碳的原料之一；在食品工業(yè)上，它是發(fā)酵粉的一種主要原料；在制造清涼飲料時，它也是常用的一種原料；在醫(yī)療上，它是治療胃酸過多的一種藥劑。

大蘇打是硫代硫酸鈉的俗名，又叫海波(Hypo的音譯)，帶有五個結(jié)晶水(Na2S2O3·5H2O)，故也叫做五水硫代硫酸鈉。
大蘇打是無色透明的晶體，易溶于水，水溶液顯弱堿性。它在33℃以上的干燥空氣中風化而失去結(jié)晶水。 

在中性、堿性溶液中較穩(wěn)定，在酸性溶液中會迅速分解: 

大蘇打具有很強的絡合能力，能跟溴化銀形成絡合物。反應式：

根據(jù)這一性質(zhì)，它可以作定影劑。洗相時，過量的大蘇打跟底片上未感光部分的溴化銀反應，轉(zhuǎn)化為可溶的Na3[Ag(S2O3)2]，把AgBr除掉，使顯影部分固定下來。

大蘇打還具有較強的還原性，能將氯氣等物質(zhì)還原: 

所以，它可以作為綿織物漂白后的脫氯劑。類似的道理，織物上的碘漬也可用它除去。另外，大蘇打還用于鞣制皮革、電鍍以及由礦石中提取銀等。

從上面的介紹可知，“三姐妹”的名字雖然只有一字之差，但它們的性質(zhì)和用途卻又如此不同。在使用它們時，要名實統(tǒng)一，避免張冠李戴。

以上三種是較常見常用的三種蘇打。除此之外有時”臭蘇打“會提及進來。

”臭蘇打“是硫化鈉的俗名，又稱臭堿、黃堿、硫化堿，具有臭味。

硫化鈉為無機化合物，純硫化鈉為無色結(jié)晶粉末。吸潮性強，易溶于水。水溶液呈強堿性反應。觸及皮膚和毛發(fā)時會造成灼傷。故硫化鈉俗稱硫化堿。 

硫化鈉受撞擊或者急劇加熱可能發(fā)生爆炸，化學性質(zhì)不穩(wěn)定，遇酸會放出有毒的硫化氫氣體：

硫化鈉能用于染料工業(yè)中生產(chǎn)硫化染料，是硫化青和硫化藍的原料。印染工業(yè)用作溶解硫化染料的助染劑。制革工業(yè)中用于水解使生皮脫毛，造紙工業(yè)用作紙張的蒸煮劑。還可用于紡織工業(yè)中棉織物染色的媒染劑、制藥工業(yè)用于生產(chǎn)解熱藥。硫化鈉還可用于直接電鍍中導電層的處理，通過硫化鈉與鈀反應生成膠體硫化鈀來達到在非金屬表面形成良好導電層的目的。 

實驗室制取碳酸鈉： 。

最早在1791年，古人就開始用食鹽、硫酸、煤、石灰石為原料生產(chǎn)碳酸鈉，是為呂布蘭法。

此法原料利用不充分、勞動條件惡劣、產(chǎn)品質(zhì)量不佳，逐漸為索爾維法代替。

1859年，比利時人索爾維，用食鹽、氨水、二氧化碳為原料，于室溫下從溶液中析出碳酸氫鈉，將它加熱，即分解為碳酸鈉，人們將此方法稱為索氏制堿法，此法一直沿用至今： [9] 

氨氣與水和二氧化碳反應生成一分子的碳酸氫銨，這是第一步：

第二步是：碳酸氫銨與氯化鈉反應生成的碳酸氫鈉沉淀和氯化銨，碳酸氫鈉之所以沉淀是因為它的溶解度較小。經(jīng)過濾得到碳酸氫鈉固體：

這兩步總的化學方程式是：

第三步：加熱分解碳酸氫鈉，生成水、二氧化碳和碳酸鈉即我們要的純堿：

第四步：將第二步中副產(chǎn)的氯化銨和熟石灰混合加熱，得到的氨氣可循環(huán)利用：

1943年中國人侯德榜留學海外歸來，他結(jié)合中國內(nèi)地缺鹽的國情 ，對索爾維法進行改進，將純堿和合成氨兩大工業(yè)聯(lián)合，同時生產(chǎn)碳酸鈉和化肥氯化銨，大大地提高了食鹽利用率，是為侯氏制堿法：

第一步，氨氣與水和二氧化碳反應生成一分子的碳酸氫銨，第二步碳酸氫銨與氯化鈉反應生成的碳酸氫鈉沉淀和氯化銨，碳酸氫鈉之所以沉淀是因為它的溶解度較小。經(jīng)過濾得到碳酸氫鈉固體。（這兩步和上面的索氏制堿法相同）。

第三步，合成的碳酸氫鈉部分可以直接出廠銷售，其余的碳酸氫鈉會被加熱分解，

根據(jù)NH4Cl溶解度比NaCl大，而在低溫下卻比NaCl溶解度小的原理，在 278K～283K(5 ℃～10 ℃） 時，向母液中加入食鹽細粉，而使NH4Cl單獨結(jié)晶析出供做氮肥。 

索氏制堿法和侯氏制堿法所不同的，是索氏法在整個制取過程中NH3是循環(huán)使用的，而侯氏法在整個制取過程中，CO2被循環(huán)利用，NH4Cl直接作為純堿的副產(chǎn)品----肥料。所以，索氏法的產(chǎn)品是碳酸鈉，副產(chǎn)氯化鈣；而侯氏法的產(chǎn)品是碳酸鈉，副產(chǎn)氯化銨。

此法優(yōu)點：保留了氨堿法的優(yōu)點，消除了它的缺點，使食鹽的利用率提高到96 %；NH4Cl 可做氮肥；可與合成氨廠聯(lián)合，使合成氨的原料氣CO 轉(zhuǎn)化成CO2，革除了CaCO3制CO2這一工序。

碳酸鈉是重要的化工原料之一，廣泛應用于輕工日化、建材、化學工業(yè)、食品工業(yè)、冶金、紡織、石油、國防、醫(yī)藥等領(lǐng)域， 用作制造其他化學品的原料、清洗劑、洗滌劑，也用于照相術(shù)和分析領(lǐng)域。其次是冶金、紡織、石油、國防、醫(yī)藥及其它工業(yè)。玻璃工業(yè)是純堿的最大消費部門，每噸玻璃消耗純堿0.2噸。在工業(yè)用純堿中,主要是輕工、建材、化學工業(yè),約占2/3:其次是冶金、紡織、石油、國防、醫(yī)藥及其他工業(yè)。

該品具有弱刺激性和弱腐蝕性。直接接觸可引起皮膚和眼灼傷。生產(chǎn)中吸入其粉塵和煙霧可引起呼吸道刺激和結(jié)膜炎，還可有鼻粘膜潰瘍、萎縮及鼻中隔穿孔。長時間接觸該品溶液可發(fā)生濕疹、皮炎、雞眼狀潰瘍和皮膚松弛。接觸該品的作業(yè)工人呼吸器官疾病發(fā)病率升高。誤服可造成消化道灼傷、粘膜糜爛、出血和休克。

LD50：4090 mg/kg（大鼠經(jīng)口）

LC50：2300mg/m³，2小時（大鼠吸入）

該品不燃，具腐蝕性、刺激性.

皮膚接觸：立即脫去污染的衣著，用大量流動清水沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。

（在實驗里，不小心沾到了堿液的時候，我們要用較多的水去沖洗，然后再涂上硼酸溶液來進行反應）

眼睛接觸：立即提起眼瞼，用大量流動清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。

吸入：脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。如呼吸困難，給輸氧。就醫(yī)。

食入：用水漱口，給飲牛奶或蛋清。就醫(yī)。

危險特性：具有腐蝕性。未有特殊的燃燒爆炸特性。

有害燃燒產(chǎn)物：自然分解產(chǎn)物未知。

滅火方法：消防人員必須穿全身耐酸堿消防服。滅火時盡可能將容器從火場移至空曠處。

隔離泄漏污染區(qū)，限制出入。建議應急處理人員戴防塵面具（全面罩），穿防毒服。避免揚塵，小心掃起，置于袋中轉(zhuǎn)移至安全場所。若大量泄漏，用塑料布、帆布覆蓋。收集回收或運至廢物處理場所處置。

密閉操作，加強通風。操作人員必須經(jīng)過專門培訓，嚴格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防塵口罩，戴化學安全防護眼鏡，穿防毒物滲透工作服，戴橡膠手套。避免產(chǎn)生粉塵。避免與酸類接觸。搬運時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備泄漏應急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。稀釋或制備溶液時，應把堿加入水中，避免沸騰和飛濺。

儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。應與酸類等分開存放，切忌混儲。儲區(qū)應備有合適的材料收容泄漏物。

【禁配物】強酸、鋁、氟

起運時包裝要完整，裝載應穩(wěn)妥。運輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴禁與酸類、食用化學品等混裝混運。運輸途中應防曝曬、雨淋，防高溫。車輛運輸完畢應進行徹底清掃。

初中一般要求掌握有關(guān)碳酸鈉的俗稱（純堿、蘇打），主要用途，化學式以及一些常用反應

如：

要特別注意碳酸鈉雖然俗名純堿但其實是一種鹽。

高中則要求掌握與NaHCO3在性質(zhì)（溶解性、熱穩(wěn)定性、堿性強弱、與酸的反應速率等）用途等方面的區(qū)別以及兩者的鑒定方法等。